До сих пор мы использовали нейронную сеть, чтобы изучить, как мы усваиваем знания об окружающем мире. Оказывается, та же самая сеть в поврежденном состоянии помогает понять, как при психических расстройствах происходит утрата этих знаний. Далее мы покажем, как изучение последствий повреждений нашей модели семантического научения проливает свет на удивительную картину нарушений у пациентов с семантической деменцией, о которой шла речь в начале главы.

Напомним: семантическая деменция – редкое неврологическое заболевание, при котором пациенты постепенно утрачивают базовые понятийные знания, усвоенные в раннем возрасте и используемые всю жизнь. Больные сохраняют в памяти общие свойства объектов, но теряют их специфические, уникальные признаки. Например, они помнят, что у верблюда четыре ноги, но забывают про горб. Более того, они часто приписывают конкретному объекту типичные свойства его категории, даже когда это неверно, – скажем, могут предположить, что у лебедя четыре ноги (рисунок 7.1), поскольку у большинства животных действительно четыре ноги.

Обратите внимание: эта картина подтверждает, что наше знание о таком понятии, как лебедь, не подчиняется принципу «все или ничего». Мы можем сохранить одни аспекты знания о том, что такое лебедь, утратив другие. Этот результат также противоречит предсказаниям модели с рисунка 7.4, согласно которой люди должны были бы лучше помнить уникальные свойства объекта, поскольку они теснее с ним связаны, чем общие свойства вроде принадлежности к животным. Поможет ли сеть Румельхарта понять, почему конкретная информация о понятиях утрачивается легче, чем общая?

Чтобы смоделировать последствия нейродегенеративного заболевания, можно удалить или нарушить случайно выбранную часть связей в сети. Поразительно, но такая поврежденная нейронная сеть демонстрирует нарушения понятийного знания, которые напоминают симптомы пациентов с семантической деменцией. Как и больные, сеть скорее утратит уникальные знания (например, что канарейка умеет петь), но сохранит общие (что канарейка может двигаться). Она также склонна заменять нетипичные свойства объекта (горб у верблюда) на более типичные (отсутствие горба).

Почему так происходит? В нейронной сети знание о любом свойстве закодировано в связях между элементами. В сети Румельхарта, к примеру, знание о свойствах хранится в связях между скрытым и выходным слоями. Типичные свойства формируются при обучении на множестве объектов – потому они и типичные. Например, сеть усваивает свойство может двигаться, изучая канареек, малиновок, лососей и солнечных окуней. В результате типичные свойства объекта кодируются в связях сети прочнее, чем его уникальные особенности. Когда сети предъявляют объект – скажем, канарейку, – активация элемента, отвечающего за типичное свойство (может двигаться), обычно оказывается сильнее активации элемента, представляющего уникальное свойство (может петь).

Удаление связей ослабляет сигналы, идущие к выходным элементам через скрытые. Чем больше связей мы удаляем, тем слабее становятся эти сигналы – что согласуется с прогрессирующим характером нейродегенеративных заболеваний вроде семантической деменции. Способность сети активировать элементы, соответствующие и типичным, и уникальным свойствам, тоже постепенно снижается. Но – и это важно – активация элементов типичных свойств лучше сопротивляется повреждениям, поскольку до удаления связей они были закодированы прочнее. Поэтому поврежденная сеть скорее «помнит», что канарейка может двигаться, чем то, что она может петь.

Хорошая метафора: повреждение элементов и связей заставляет репрезентационное пространство сжиматься. Объекты, расположенные очень близко, сливаются и перестают различаться. Оставшиеся веса связей по-прежнему кодируют свойства, общие для этих объектов, поэтому сеть обращается со всеми близкими объектами как с одинаковыми – сохраняет типичные свойства, теряет уникальные и заменяет нетипичные на более распространенные.

Трагическая и горькая ирония: последнее десятилетие жизни Дэвид Румельхарт провел в тисках прогрессирующей семантической деменции. Человек, сделавший так много для понимания того, как люди усваивают понятия, стал жертвой болезни, опустошившей его собственные понятия. Она отняла у него то, что он любил больше всего на свете: возможность думать о мышлении.

Джей, его близкий друг, пытаясь осмыслить, почему именно Румельхарта поразила семантическая деменция, часто задавался вопросом: может, Дэвид думал так напряженно и так долго, что довел свои нейроны до гибели?